指纹熏显柜

近日，来自瑞士洛桑联邦理工学院医学图像处理实验室和神经假体研究中心的 Enrico Amico 教授及其团队，发表了一项新的研究，表明人类大脑同样具有独一无二的活动特征，即“大脑指纹”。同指纹识别一样，通过大脑“指纹”也能精准识别不同个体。　　同时，研究人员还证实，大脑独一无二的活动特征最先出现在眼球运动、视觉感知相关的感觉区域，随后出现在与复杂认知功能相关的额叶皮层区域。而阿尔兹海默病等神经退行性疾病患者随着疾病进展，大脑“指纹”特征似乎会逐渐消失。　　对此 Amico 教授表示，“我们的研究表明，只需要 1 分 41 秒就能获得人类大脑活动的“指纹”信息，这一信息最先出现在大脑视觉相关的感知区域，随着时间的推移，也会出现在复杂认知相关的额叶皮层区域。未来，我们或许可以通过大脑‘指纹’监测来筛查潜在神经退行性疾病患者、自闭症患者、中风患者、甚至成瘾的患者。”　　相关研究以“When makes you unique: Temporality of the human brain fingerprint ”为题发表在最新一期的 Science Advances 杂志上。　　每个人都有一个与众不同的大脑　　17 世纪中期，意大利著名组织学家兼医生马塞洛马尔皮吉(Marcello Malpighi)，首次观察到人体指尖上有明显的纹路和汗腺。这一观察结果为后续的指纹与个体识别技术奠定了基础。　　如今，我们已经知道，每个人都有独一无二的指纹，指纹信息已经成为了人类身份认证的重要依据，在人类生活中被广泛应用。例如手机指纹解锁、指纹门禁打卡、刑事案件侦破等等。显然，指纹识别技术的出现让我们的生活变得更加快捷、更方便。　　(来源：Pixabay)　　然而，经常看电影的小伙伴们可能会发现，指纹是可以被盗取的。因此，近年来，人们也研发出了一系列诸如视网膜识别、人脸识别等技术，用于指纹识别的补充。　　2015 年的时候，Finn 等人首次提出人类大脑存在特异性这一理念，并通过功能核磁共振成像技术(fMRI)证明，仅计算人类大脑功能连接，就能找到大脑“指纹”。　　简单地来说，fMRI 是通过测量神经细胞活动时所引起的血液氧气含量变化，来观察大脑不同区域的活动情况，可以像照相机一样记录大脑的活动状态。　　通过扫描出来的 fMRI 图像可以得到每个人的连接矩阵，由于不同的生活经历和后天环境，每个人大脑内部连接的方式都不一样，所以可以根据连接矩阵来判断是否为同一人。　　2016 年的时候，来自卡耐基梅隆大学的科学人员采用了五个数据库的数据，通过使用功能性核磁共振成像分析了 699 个人脑的连接图谱。　　(来源：scitechdaily)　　随后，该团队共开展了 17000 多次实验，最终证明，通过大脑功能核磁共振扫描，的确可以找到每个人独特的大脑“指纹”，并且再次扫描仍旧能够完美复现，确认身份。研究人员还发现，就连同卵双胞胎的大脑之间也存在这种区别。扫描结果显示，同卵双胞胎的大脑结构连接模式只有 12% 是相同的。　　对此，卡耐基梅隆大学的心理学助理教授提摩西威尔斯迪南(Timothy Verstynen)表示，“研究结果证实了神经科学领域的一项假设，即每个人大脑中的连接模式都是独一无二的。这说明你的生活经历可以在大脑的连接模式中有所体现。”　　大脑“指纹”获取仅需 1 分 40 秒　　近年来，随着大脑“指纹”的概念得到证实，从人类大脑功能连接数据中提取“指纹”已成为神经科学的一个前沿方向。　　此前的研究虽然通过对大脑神经功能连接数据进行分析，证实了大脑“指纹”的存在，且只需两次 fMRI 扫描就可以准确匹配受试者。但是，到目前为止，绝大多数科学家都是通过长时间的 MRI 扫描来获取大脑“指纹”。　　这些研究没有解释清楚，大脑指纹究竟是如何产生的?又是何时产生的?　　为了找到答案，Amico 教授带领的研究团队利用人脑连接的时间动力学，使用动态大脑功能连接技术，来探索大脑“指纹”产生的时间问题，即大脑指纹是何时产生的，在多长时间内产生，哪些大脑区域对此负责。　　研究结果显示，人类大脑最佳的指纹出现在测试开始的200秒左右。不过，最快仅需 1 分 40 秒，就能成功获取人类大脑的“指纹”，且大脑指纹最先出现在大脑中的感觉区域，也就是与眼球运动、视觉感知和视觉注意力相关的区域。随着时间的推移，与认知功能相关的额叶皮层区域也可以揭示人类大脑的独特信息。　　(图 | 大脑“指纹”(来源：Enrico Amico))　　此外，根据初步研究结果，某些神经退行性疾病，例如阿尔兹海默病等，随着疾病的进展，大脑的“指纹”特征会逐渐消失，通过大脑功能连接来识别个体身份会变的越来越困难。　　最后，通过元分析调查，研究人员证实，大脑指纹的产生与人类行为密切相关，不同行为会在不同的时间，激发不同大脑区域的“指纹”特征，二者之间存在复杂的梯度关系。也就是说，大脑“指纹”具有随时间波动的特征。　　对此，Amico 教授表示，“我们的研究证明，大脑‘指纹’特征具有明显的波动性，疾病等各种因素均会影响大脑‘指纹’的出现。据此我们可能通过大脑‘指纹’监测中枢神经系统疾病或其他诸如中风等可能影响中枢神经系统的疾病。”

作为我国神奇的“特产”——中药，尽管有着强大的药效，但是很多神奇之处依然无法用科学说清楚。江苏省中医药研究院的专家就采用中药药效跟踪的方法，运用现代中药化学与指纹图谱分析技术，对中药指纹图谱分析，以此来研究江苏省15种地道中药。“就像我们每个人都有不同的指纹一样，中药也有自己的‘指纹’，而这有望成为我们把中药‘说清楚’的第一步。”研究院钱士辉研究员告诉记者，通过近十年的研究，他们已经对15种江苏地道的中药材进行了“摸底”，并首次建立了江苏省地道中药资源标准物质库和化学信息指纹图谱库。该成果也获得了南京市科技进步一等奖。　　中药“指纹图谱”像心电图　　中药会有指纹吗?“中药的指纹和人的指纹其实长得并不一样。”钱士辉介绍说，中药指纹图谱是指某种(或某产地的)中药所共有的、具有特征性的某类化学成分的色谱。它可以较全面地反映中药所含化学成分的种类与数量以及相对含量的变化，进而反映中药的质量和中医用药所体现的整体疗效。换句话说，中药指纹图谱就是运用光谱、波谱、色谱、核磁共振、X射线等现代分析技术对中药化学信息以图形(图像)的方式进行表征并加以描述。说着，他还拿出一份中药的指纹图谱，记者发现指纹图谱更像是心电图，上面由一个个波峰组成。“出现峰的地方是说明这里检测到了中药材里的某一种成分，如果波峰高，就说明这种成分含量也高。”　　钱士辉指着实验台上装着五颜六色物质的药剂瓶说，“这些都是从不同中药中提取出来的各种成分，我们主要的工作就是要分析各种药材里分别有哪些成分，这些成分的含量分别有多少，然后制定一个数据库，这个数据就可以对以后鉴别这种中药是否符合标准做参考。”　　药材产地不同直接影响疗效　　这次研究的15种江苏地道中药，分别是：白菊花、野马追、连钱草、苏薄荷、宜兴百合、白首乌、夏枯草、茅苍术、蟾酥、女贞子、银杏、金荞麦、太子参、板蓝根和明党参。因为种植和地形的原因，江苏的中药材种植在全国来说并不占优势。就拿这15种药材说，南京地区这15种药材都比较少，无法满足市场需求，所以市面上基本没有南京产的药材卖。　　“值得注意的是，经过研究发现，这些药材中大多数必须是江苏产的才会有特殊的疗效。”钱士辉说，比如茅苍术，这种药材在江苏、安徽、湖北、河南等地都有，主要功能有燥湿健脾、祛风、散寒、明目。但是，茅苍术中最好的是生长在句容茅山地区的，那里的茅苍术中有些成分的含量要比其他地方的多很多，而且还含有一些其他地方所没有的成分。百合也是如此，平常我们吃的百合大多是如乒乓球大小的，但宜兴百合却要比其他地方的小很多，而且口感也不一样。“不同产地的药材，某种成分可相差200多倍。现在的药材市场流通频繁，所以在质量上很难保证，我们的这些研究也为了让中药质量可控，保证它的效果。”

面对南海海面大片的无主溢油，只要对照“指纹库”，就可轻松找出肇事者。记者在日前举行的“中国海监溢油检验鉴定执法业务运行系统标准化建设南海区示范点”验收会议(见上图)上了解到，我国华南地区第一个专业海洋溢油检验鉴定平台顺利通过验收。这一平台历经4年的努力，由中国海监南海区检验鉴定中心主持建设。该系统建成，可实现对海上溢油的快速排查，迅速锁定海上溢油的来源，从而让溢油肇事者无处藏身。　　原油“指纹鉴定”追查污染源　　“原油”也有指纹?!黄楚光主任告诉记者：原油是由上千种不同浓度的化合物组成，这些化合物通过不同的分析检测手段获得不同的信息，这些信息就是反映油品特征的油指纹。世界上不同产地的油品都有各自不同的“油指纹”。通过建立起涵盖不同原油的“油指纹”库，就可鉴别指纹特征不同的油样，从而实现对溢油的快速、大面积排查，迅速锁定可疑溢油源。　　黄楚光透露：“以往，海洋环境主管部门在海上溢油事故调查处理时，为查找溢油源，通常只能采取嫌疑当事人询问、船舶或油田管系现场勘查、风向和海流对溢油流向等可靠性不高、证据力度不够的方法做出推断。随着海洋溢油事件的逐年增多和溢油事件的复杂多样性、多变性的出现，传统的工作方法已远不能满足工作的需要。溢油鉴定技术的应用，有效弥补了传统调查手段的不足，保证了事故认定的准确性和科学性，为事故的进一步处理和索赔提供具有法律效力的技术依据。同时也是出现跨界污染情况时避免国际纠纷的重要手段。　　南海油“指纹库”，华南区最强实验室　　中国海监南海区检验鉴定中心是我国最早从事海洋溢油鉴别的机构之一，在上个世纪80年代起就在油品鉴别方面做了大量的工作。2006年，针对海上频发的无主漂油，大力开展了油指纹库建设和溢油检验鉴定技术研究工作。　　4年来，中国海监南海区检验鉴定中心已完成了南海区所辖海域29个石油平台的287个单井、7个浮式储油轮和1个终端的1035个原油样品的采集和建库工作，实现了南海区管辖范围内在开采石油平台92%以上油井的原油采样和建库。采用了三维荧光、气相色谱法和气相色谱质谱法等化学指纹分析方法，针对油品的正构烷烃、多环芳烃、生物标志化合物等定量特征信息，建立一套较完善的油指纹库建设体系和溢油鉴别技术。　　2010年，南海区检验鉴定中心开展并完成了“中国海监溢油检验鉴定执法业务化系统标准化南海示范区建设”。通过标准化示范区建设，中心已具备了稳定碳同位素质谱仪、气相色谱/质谱仪、电感耦合等离子质谱仪、气相色谱仪等油指纹分析用的最高端的分析技术手段，溢油检验鉴定硬件条件达到了系统领先的水平，并建立了一整套从采样、储存、分析、检测、排查鉴定、质量控制等标准化体系。此外，南海区检验鉴定中心还建成了目前国内最大的原油冷藏库，购置了目前油指纹分析用的最高端和最权威的仪器，成为华南区实力最强的溢油检验鉴定实验室，也是华南地区应对海洋溢油污染建立的第一个专业海洋溢油检验鉴定平台。　　油污“指纹”分析让肇事者无处藏　　2008年8月，广西涠洲岛海滩出现不明的溢油，南海区检验鉴定中心第一时间进行油污指纹分析，并从南海原油指纹数据库中迅速排除了多个可疑溢油源，缩短证据收集时间。　　2010年5月，发现香港南丫岛以南水域出现疑似油污带。南海区检验鉴定中心在第一时间立即开展溢油应急监测和油指纹分析，为应对可能的跨界污染争端掌握了第一手科学证据。　　截至目前，南海区检验鉴定中心已经利用该平台，完成了20多起溢油事件的检验鉴定和应急调查，成功地确定溢油来源，为海洋溢油执法提供了有力证据。　　据了解，此次建成的溢油检验鉴定标准化平台还会在未来进一步完善，力求成为溢油污染鉴定、溢油应急监测、污染损害评估以及为海洋管理提供鉴定依据的多功能、综合性海监检验鉴定实验室，向国际一流的溢油鉴定平台进军。　　海洋溢油污染，生态超级杀手 　　2010年4月20日发生在墨西哥湾的原油泄漏，造成的海洋生态灾难可能影响10年以上 时隔3个月，7月16日，大连新港发生输油管爆炸事故，部分原油泄漏入海，其生态影响持续的时间将在6年以上!据不完全统计，1976年到2006年间，我国沿海平均每4天发生一起溢油事故，其中溢油量在50吨以上的溢油事故60多起!　　中国海监南海区检验鉴定中心黄楚光主任表示：“海洋溢油被称为海洋生态环境的超级杀手，溢油污染严重的海域，生态环境几乎遭到毁灭性的损害，历经多年才能恢复，甚至不可能完全恢复。”随着我国经济的不断发展，各类油污染事件呈上升趋势，发生的频率与风险正日益加大。在中国近海，溢油是经常发生的重要环境灾害之一。　　我国南海溢油风险与日俱增，成为溢油事故多发海域!专家表示：我国进口的原油运输有50%以上需通过南海，同时，南海还有年采石油总量超过5000万吨的上千口采油井。一旦发生溢油事故，后果不堪设想。南海边界复杂，近年来在边界区域出现的无主溢油事件成为潜在的国际纠纷导火索，因此，准确判定无主溢油的肇事者，对于南海的溢油防治和执法维权工作意义重大。